JP2758730B2 - 放電励起パルスレーザ発振装置 - Google Patents

放電励起パルスレーザ発振装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、放電励起パルスレー
ザ発振装置に関し、特に放電励起パルスレーザ発振装置
の電極構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は例えば”ガスレーザ用新型コロナ
放電光イオン化源”（A new type ofcorona-discharge
photoionization source for gas lasers ,J.Appl.Phy
s.56(11),1 December 1984,P.3163-3168)に記載された
従来の放電励起レーザ発振装置のレーザ光軸に直交する
断面の断面図であり、図において１、２はレーザ光軸方
向に平行かつ対向して配置された一対の主電極、３はこ
の主電極１、２間で発生する主放電、４はレーザガス供
給装置（図示せず）によりレーザ光軸方向と直行する方
向から主電極１、２間に供給されるレーザガス流であ
る。５は主電極１、２を挟んでレーザガス流４の上流お
よび下流側のそれぞれに配設され、主電極１、２間で主
放電３を発生させるために主電極１、２間のレーザガス
を予備電離する予備電離発生部である。この予備電離発
生部５は、中空の誘電体パイプ６と、誘電体パイプ６の
中空部に挿入された補助電極７と、誘電体パイプ６の表
面に取り付けられた主電極２と同電位の導体線８とから
構成されている。
【０００３】つぎに、図２に示した放電励起レーザ発振
装置の動作について説明する。◎まず、レーザガス供給
装置から主電極１、２間にレーザガスを供給する。そこ
で、主電極２と補助電極７との間に電圧が印加される
と、導体線８と誘電体パイプ６とが接する点より誘電体
パイプ６の表面を覆うようにコロナ放電９が開始され
る。そして、コロナ放電９から紫外線が放射される。こ
のコロナ放電９から放射された紫外線が、主電極１、２
間に存在するレーザガスを予備電離する。つぎに、主電
極１、２間に電圧が印加されると、予備電離されたレー
ザガスが放電を開始し、主放電３が発生する。この主放
電３によりレーザガスが励起され、紙面と垂直な方向に
レーザが発振する。
【０００４】この放電励起レーザ発振装置では、主放電
３により発生するイオン、凖安定ガス分子や原子、電極
からスパッタされて出てきた微粒子等からなる放電残留
物がレーザガス流４によって下流側に流され、次の主放
電３が開始されるまでには主電極１、２間には新しいレ
ーザガスが供給されており、また、主電極１、２の両側
から紫外線が放射されているので、予備電離され電子数
の量が一定で、分布が主電極１、２間のレーザガス流４
の上流及び下流側で対称な分布となり、主放電３が常に
同じ状態で放電される。
【０００５】また、図３は例えば”高平均電力のエキシ
マレーザ”（HIGH-AVERAGE-POWER EXCIMER LASER,DOE/S
F/90024--T2,1977)に記載された従来の放電励起エキシ
マレーザ発振装置を示す断面図である。この従来装置
は、主電極１の先端部には外径１／４インチのチューブ
１ａが設けられ、外径約５ｍｍの石英パイプからなる中
空の誘電体パイプ６と誘電体パイプ６の中空部に挿入さ
れたワイヤーからなる補助電極７とで構成された予備電
離発生部５が、誘電体パイプ６と主電極１とが接するよ
うにレーザガス流４の下流側にのみ設けられている。
【０００６】図３に示した従来の放電励起エキシマレー
ザ発振装置は、図２に示した従来の放電励起レーザ発振
装置と同様に、主電極１、２間にレーザガスを供給した
後、主電極１と補助電極７との間に電圧を印加し、主電
極１と誘電体パイプ６との接触点から誘電体パイプ６を
覆うようにコロナ放電９を開始させる。このコロナ放電
９から放射される紫外線によって主電極１、２間のレー
ザガスは予備電離される。つぎに、主電極１、２間に電
圧が印加されると、予備電離されたレーザガスが放電を
開始し、主放電３が発生する。この主放電３によりレー
ザガスが励起され、紙面と垂直な方向にレーザが発振す
る。このエキシマレーザ発振装置は、予備電離発生部５
がレーザガス流４の下流側のみに設けられ、構成が簡単
となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の放電励起レーザ
発振装置は以上のように主電極１、２を挟んでレーザガ
ス流４の上流側と下流側とのそれぞれに予備電離発生部
５が設けられているので、下流側の予備電離発生部５か
ら放射される紫外線が主放電３によって発生する放電残
留物によって吸収され、発振周波数が高くなるほど主電
極１、２間の予備電離電子数の分布がレーザガス流４の
上流側にシフトし、図４に示すようにレーザの発振周波
数が高くなるにつれレーザビームの中心位置がレーザガ
ス流４の上流側にシフトするという課題があった。
【０００８】また、従来の放電励起エキシマレーザ発振
装置は主電極１、２に対してレーザガス流４の下流側に
のみ予備電離発生部５が設けられているので、予備電離
発生部５から放射される紫外線が主放電３によって発生
する放電残留物によって吸収され、レーザの発振周波数
が高くなるにつれ、予備電離電子数が減少し、主放電３
の均一性が悪化し、レーザガス中に有効にエネルギが注
入されず、レーザ発振効率が低下し、出力エネルギーが
低下してしまい、次の主放電３を発生するまでに主電極
１、２間のレーザガスを新しいレーザガスに置換するこ
とが必要で、強力なレーザガス供給装置が必要となると
いう課題があった。
【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、レーザガス供給装置の供給能力
を高くしなくとも出力エネルギが低下せず、発振周波数
によらずレーザビーム中心位置が一定となる高発振周波
数の放電励起パルスレーザ発振装置を得ることを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明に係る放電励起
パルスレーザ発振装置は、予備電離発生部が一対の主電
極に対してレーザガス流の上流側にのみ設けられ、該予
備電離発生部は、その一部を一対の主電極の一方の主電
極の一端に接するようにして該一方の主電極から離間さ
せて、該一方の主電極のレーザガス流の上流側にのみ埋
め込まれた誘電体パイプと、該誘電体パイプに内包され
た補助電極とから構成されているものである。さらに、
誘電体パイプと一方の主電極との距離を、該誘電体パイ
プの厚み以上とするものである。
【００１１】
【作用】この発明においては、主電極と誘電体パイプと
の接点から誘電体パイプを覆うようにコロナ放電が開始
され、このコロナ放電から紫外線が放射されて一対の主
電極間のレーザガスが予備電離される。そして、一対の
主電極間に電圧が印加されると、予備電離されたレーザ
ガスが放電を開始して主放電が発生する。この時、誘電
体パイプが主電極に埋め込まれているので、レーザガス
流の妨げにならず、レーザガスが一対の主電極間に速や
かに供給される。また、一対の主電極間のレーザガスに
対して、紫外線がレーザガス流の上流側から照射してい
るので、主放電によって発生する放電残留物はレーザガ
ス流により下流側に流され、紫外線がこの放電残留物に
吸収されることなく主電極間のレーザガスを予備電離
し、レーザの発振周波数によらず予備電離された電子数
の分布および量が常に一定となり、主放電が所定位置で
安定して放電する。さらに、主電極と誘電体パイプとの
距離が誘電体パイプの厚み以上となっているので、コロ
ナ放電は進展長が長くなり、予備電離量が多くなる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の放電励起パルスレーザ発振装置の
一実施例を示す断面図であり、図において図２および図
３に示した従来装置と同一または相当部分には同一符号
を付し、その説明を省略する。図において、１０は補助
電極７を内包する中空の誘電体パイプ６からなる予備電
離発生部であり、この予備電離発生部１０は、主電極２
のレーザガス流４の上流側に誘電体パイプ６が埋め込ま
れるように配置されるとともに、主電極２の一端と誘電
体パイプ６の一部とが接する以外は所定距離以上離れる
ように浮かして配置されている。ここで、誘電体パイプ
６は、アルミナを主成分とするアルミナセラミックによ
り構成されている。
【００１３】つぎに、上記実施例の動作について説明す
る。主電極１、２間にレーザガス供給装置から供給した
後、主電極２と補助電極７との間に電圧を印加すると、
主電極２と誘電体パイプ６との接点から誘電体パイプ６
を覆うようにコロナ放電９が開始される。このコロナ放
電９から紫外線が放射されて、主電極１、２間のレーザ
ガスが予備電離される。つぎに、主電極１、２間に電圧
が印加されると、予備電離されたレーザガスが放電を開
始して主放電３が発生する。この主放電３によりレーザ
ガスが励起され、紙面と垂直な方向にレーザが発振す
る。この主放電３によって放電残留物が発生されるが、
つぎの放電が開始されるまでには、この放電残留物はレ
ーザガス流４により下流側に流され、主電極１、２間に
は新しいレーザガスが供給されている。そこで、上記操
作を繰り返すことにより、レーザが繰り返し発振され
る。
【００１４】さらに、誘電体パイプ６が主電極２に埋め
込まれるように配置されているので、レーザガス流４の
妨げにならず、高速でレーザガスが供給される。また、
主電極２と誘電体パイプイ６との距離を誘電体パイプ６
の厚み以上にすればコロナ放電９は進展長が長くなり、
予備電離量を多くすることができる。ここで、図２に示
した従来の放電電離レーザ発振装置では、図４に示すよ
うに発振周波数の変化にともなってレーザビームの中心
位置が変化しているが、この実施例では、１〜１０００
Ｈｚの発振周波数の範囲で、レーザビームの中心位置の
変化は全く見られなかった。また、この実施例では、レ
ーザ出力エネルギが低下しないように、予備電離のため
の紫外線を吸収する放電残留物を流し出すレーザガス供
給装置の供給能力を、同一条件下で図３に示した放電励
起エキシマレーザ発振装置の約１／２とすることができ
た。
【００１５】このように、この実施例では、放電残留物
による紫外線が吸収されることがないので、レーザの発
振周波数にかかわらず予備電離された電子数の分布およ
び量を一定にでき、主放電３が均一に放電するとともに
主放電３の位置も変動することもなく、安定してレーザ
を発振できる。
【００１６】なお、この発明における高発振周波数での
レーザ出力が低下しないという効果は、電子付着性の高
いガス、例えばHclやF2を含むエキシマレーザ発振装
置、特にKrF、ArF、F2レーザにおいてに顕著に現れた。ま
た、レーザビームの中心位置が変動しないという効果
は、エキシマレーザ発振装置以外にも、例えばTEACO2レ
ーザにおいても確認されている。さらに、上記実施例で
は、予備電離発生部５としてコロナ放電９を利用して説
明しているが、アーク放電を利用する予備電離発生部を
用いてもレーザビーム中心位置がずれないという効果が
現れる。ただし、この場合、アーク放電により多量のエ
ネルギーがレーザガス上流側に注入されて、レーザガス
温度の上昇を生じるので、レーザガス供給装置の供給能
力を下げるという効果は出てこない。
【００１７】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、予備電
離発生部が一対の主電極に対してレーザガス流の上流側
にのみ設けられ、該予備電離発生部は、その一部を一対
の主電極の一方の主電極の一端に接するようにして該一
方の主電極から離間させて、該一方の主電極のレーザガ
ス流の上流側にのみ埋め込まれた誘電体パイプと、該誘
電体パイプに内包された補助電極とから構成されている
ので、レーザガス供給装置の供給能力を高くしなくとも
出力エネルギが低下せず、さらに発振周波数によらずレ
ーザビーム中心位置が一定となる高発振周波数の放電励
起パルスレーザ発振装置が得られる効果がある。さら
に、主電極と誘電体パイプとの距離が誘電体パイプの厚
み以上となっているので、コロナ放電は進展長が長くな
り、予備電離量が多くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の放電励起パルスレーザ発振装置の一
実施例を示す断面図である。
【図２】従来の放電励起レーザ発振装置の一例を示す断
面図である。
【図３】従来の放電励起エキシマレーザ発振装置の一例
を示す断面図である。
【図４】図２に示す従来の放電励起レーザ発振装置にお
ける発振周波数とレーザビームの中心位置との関係を示
すグラフである。
【符号の説明】
１ 主電極 ２ 主電極 １０ 予備電離発生部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/0977 H01S 3/038

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ光軸方向に平行かつ対向して配設
    された一対の主電極と、前記レーザ光軸方向と直交する
    方向から前記一対の主電極間にレーザガスを供給するレ
    ーザガス供給装置と、前記一対の主電極間に供給される
    レーザガスのレーザガス流の上流側にのみ配設されて、
    前記一対の主電極間の前記レーザガスを予備電離させる
    予備電離発生部とを備え、前記予備電離発生部は、その
    一部を前記一対の主電極の一方の主電極の一端に接する
    ようにして該一方の主電極から離間させて、該一方の主
    電極の前記レーザガス流の上流側にのみ埋め込まれた誘
    電体パイプと、前記誘電体パイプに内包された補助電極
    とから構成されていることを特徴とする放電励起パルス
    レーザ発振装置。
  2. 【請求項２】 上記誘電体パイプと上記一方の主電極と
    の距離が、該誘電体パイプの厚み以上であることを特徴
    とする請求項１記載の放電励起パルスレーザ発振装置。
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